氣化微油點火燃燒啟動方式的安全性和經濟性分析

隨著中國對石油的需求增加，發電公司的燃料成本增加，這對節省燃料日常工作尤為重要。燃油消耗的主要原因是從低負荷穩定燃燒過程轉變為鍋爐的燃燒和停止過程。傳統的大油槍點火方式已不適應日益緊張的石油資源供應,等離子點火、小油槍點火技術等各種無油或少油點火穩燃節油技術不斷涌現,給降低燃油消耗提供了技術支持。某電廠4號爐改造前采用機械霧化油槍,啟動油槍噴油量800kg/h,因為機組檢修后試驗多,調試時間長,耗油量特別大。為了降低機組啟動時的耗油量,對4號爐進行了微油點火改造。本文對改造后的鍋爐運行情況及相關試驗進行分析。1冷塊的總結和啟動和研磨試驗1.1鍋爐摻燒系統某電廠的3號及4號鍋爐是采用英國BEL公司技術制造的型號為WGZ1246/18.15-1的自然循環汽包爐,采用亞臨界參數、一次中間再熱、П型布置、旋流燃燒器前墻布置、煙氣擋板調再熱汽溫、固定排渣。在350MW負荷下爐膛容積熱負荷為140.3kW/m3,斷面熱負荷為5.01MW/m2。鍋爐配置4套10.9E8中速鋼球磨煤機、正壓直吹式制粉系統,每套制粉系統帶一排布置在前墻的6只雙調風軸向調節旋流燃燒器,四排燃燒器由上至下的編號順序為ABCD。在額定負荷(350MW)下3臺磨煤機運行。24只燃燒器分成四層布置在爐膛前墻的風箱內,二次風箱也分成四層,每層風箱的左右兩側均有風量調節擋板。每個燃燒器中部有1只機械霧化油槍,用于機組啟動時的升溫、升壓和磨煤機啟、停操作時的輔助燃燒。1.2投用磨煤機根據規定,機組冷態啟動方式下使用油槍點火升壓一直到并網,并網后才允許啟動磨煤機投煤粉運行。這種啟動方式耗用燃油量大,尤其是啟動中故障也多,一次啟動的用油量在100～200t。如果能在鍋爐點火后適時投用磨煤機,及早以煤代油就能取得很好的節油效果。為此,2005年11月3號機組小修后曾進行了冷爐啟磨、以煤代油的試驗。通過修改有關邏輯和磨煤機對應燃燒器的運行方式,在機組冷態啟動時實現以煤代油,并取得了成功。2燃料微油燃燒2.1蒸發氣化燃燒油槍氣化微油點火燃燒器的工作原理是:先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎,霧化成超細油滴進行燃燒,同時用燃燒產生的熱量對燃料進行初期加熱、擴容、后期加熱,在極短的時間內完成油滴的蒸發氣化,使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料,從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰剛性極強,其傳播速度超過聲速,火焰呈完全透明狀(根部為藍色,中間及尾部為透明白色),火焰中心溫度高達1500～2000℃。微油氣化油槍燃燒形成的高溫火焰,使進入一次室的濃相煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎,釋放出大量的揮發分迅速著火燃燒,然后由已著火燃燒的濃相煤粉在二次室內與稀相煤粉混合,并點燃稀相煤粉,實現了煤粉的分級燃燒,大大減少煤粉所需的引燃能量。2.2d層燃燒微油點火系統改造3號機組采用冷爐啟磨方式進行冷態啟動后,用油量大幅度地下降,但因為需要用油槍烘爐,所以每次啟動仍然用30～40t燃油。為了進一步降低啟動用油量,2009年11月4號機組大修中對D層燃燒器進行了微油點火改造。因為微油點火改造后的小油槍噴油量更小,在磨煤機入口增加了暖風器,可以在實現點火的同時啟動磨煤機,使機組啟動的用油量減小。2.3煤粉燃燒及煤調濕風道可改造內容包括:(1)對最下層的D層燃燒器一次風室進行了更換,原旋流燃燒器主結構不變,只將燃燒器前部一次風管更換為一級、二級煤粉燃燒室,實現分級燃燒;(2)在一級燃燒室前設有煤粉濃縮裝置,便于將貼壁的煤粉向中心濃縮;(3)取消了原一次風內的中心套筒,中間插入氣化小油槍替換掉原來的大油槍;(4)為了提高煤粉溫度,在D磨煤機進口增加了旁路風道和采用蒸汽加熱的暖風器;(5)為了穩定氣化小油槍的油壓,在小油槍進油小母管上增加了穩壓罐,通過調節閥調整進入穩壓罐空氣來微調小油槍噴油量和穩定小油槍油壓。2.4啟動后開始改造后進行了3次啟動試驗。(1)小油槍噴油量測定機組采用APS方式進行鍋爐升溫升壓,D層小油槍投運后APS自動啟動磨煤機,之后保持6只小油槍和D磨運行,經測定小油槍單槍噴油量227kg/h。(2)d層二次風壓提高因為處理油槍缺陷,所以啟磨時油槍已經將二次風溫加熱到83℃。磨煤機啟動后在15t/h煤、60t/h一次風量下煤粉著火很差。后將D層二次風壓由300Pa提高到650Pa左右后著火有好轉,但總體著火和燃燒情況很差,爐膛不亮,火星多。將一次風量減小到52t/h仍無好轉;再將煤加到18t/h、一次風量提高到60t/h也無明顯變化。(3)煤粉細度與燃燒飛灰的試驗每支小油槍噴油量為114kg/h,點火后馬上進行暖磨。磨煤機啟動后取樣化驗,煤粉細度R75=43.2%(對應13t/h煤,65t/h一次風);參數調整后再次取樣化驗,煤粉細度R75=38.32%(對應13/h煤,56t/h一次風)。磨煤機啟動后1h化驗A側撞擊飛灰樣,其可燃物39.12%,樣品外觀和純煤粉區別不大,很黑(B側無樣)。第2h化驗A側撞擊飛灰樣,其可燃物9.74%,B側等速樣飛灰可燃物23.29%。燃燒用煤為神華煤,w(Var)為26.61%,w(Sar)為0.4%,w(Aar)為10.89%,w(Mt)為17.14%,Qnet,ar為22258kJ/kg。2.5在冷卻和研磨過程中，不使用微油消耗為了對比,3號爐采用冷爐啟磨方式啟動時也進行了灰樣可燃物測定。3煤粉細度試驗根據技術協議,4號機組微油點火改造后保證機組啟動時飛灰含碳量≤10%。改造后共進行過4次機組的啟動,只有1次是全程使用微油點火。無論是冷爐啟磨方式還是微油點火方式,對D磨煤機加倉煤均為揮發分高、著火燃燒性能好的神華煤或準混煤,以便在磨煤機啟動后煤粉盡快著火,提高燃盡程度。表1為各次啟動中飛灰可燃物及煤粉細度。表2為各種啟動方式的對比。3.1微油點火方式啟動時飛灰可燃物情況使用微油點火啟動時曾發生以下情況:(1)第一次使用微油點火啟動時小油槍單槍噴油量227kg/h,煤火焰外觀較好,但在磨煤機啟動11h后發生A空氣預熱器著火跳閘,內部有大量可燃物的灰粒,A空氣預熱器有部分燒損。(2)全程使用微油點火方式啟動(更換油槍霧化片后單槍噴油量為114kg/h),在磨煤機啟動后第1h撞擊飛灰樣可燃物達到39.12%,第2h等速樣飛灰可燃物還有23.29%,遠超過技術協議保證的≤10%。根據資料,很多電廠微油點火改造后啟動時飛灰可燃物都在20%～30%,所以微油點火方式啟動時鍋爐煙道、空氣預熱器、電除塵器均存在很大的二次燃燒危險。(3)幾次使用微油點火方式進行機組啟動后,均在半個月左右就發現電除塵灰斗有焦塊。檢查電除塵極板上有放電燒損現象,焦塊可燃物均在0.09%～0.3%,正常運行中灰的可燃物在2%～4%,這可能是鍋爐啟動時未燃燒的碳粒在電除塵極板中積聚后因放電產生二次燃燒形成焦塊,所以微油點火方式中產生高的飛灰可燃物對電除塵器安全運行也有很大威脅。(4)微油點火方式啟磨后因為爐膛溫度低,煤粉著火不穩定,鍋爐發生滅火、爆燃的危險性很大。(5)鍋爐點火后就啟動磨煤機,火焰長,煙溫高,很難避免氧化皮的產生和脫落。3.2增加加煤機的投資使用微油點火啟動時,經濟收效如下:(1)機組啟動全程使用微油點火方式,節油效果顯著,比采用冷爐啟磨方式節油約2/3。(2)一臺鍋爐的微油點火改造投資約160萬元,而冷爐啟磨方式只是通過修改有關邏輯程序,改變磨煤機對應燃燒器的運行方式和運行工況,不新增投資。相同工況下微油點火與冷爐啟磨方式相比,按每次啟動節油25t、每年啟動3次計算,需要3.55年收回投資(油價按6000元/t計算)。(3)機組采用微油點火方式冷態啟動時飛灰可燃物高,也造成能源損失。4確定好煤粉系統的復合控制系統,提高設備的使用和使用水平,減少小油槍點火的風鍋爐在使用微油點火時應注意:(1)在保證磨煤機不堵煤、一次風管不堵粉的前提下,盡可能降低一次風量,提高煤粉濃度,這有利于煤粉初期的著火,提高燃燒效率。(2)對于旋流燃燒器來說,保持較大的二次風量可增加燃燒器擴散角,有利于點火初期煤粉的著火。(3)提高磨煤機出口溫度,有利于煤粉的著火。(4)調整磨煤機煤粉細度,增大煤粉與火焰接觸的表面積,有利于煤粉的著火和燃盡。(5)調整油槍噴油量,以保證完全點燃煤粉。(6)微油點火燃燒器對應的磨煤機應加入揮發分高、水分少、著火性能好的煤。(7)鍋爐點火后至鍋爐斷油前保持空氣預熱器蒸汽吹灰連續進行,中斷時間不得超過30min。(8)鍋爐點火至鍋爐斷油前空氣預熱器、省煤器、電除塵灰斗要連續進行排灰,防止可燃物堆積后發生二次燃燒。(9)在保證總風量的前提下,關閉停用燃燒器的二次風。停運燃燒器的這部分二次風量雖然可提高煙道中的煙氣流速,但會降低爐膛溫度,也會減少小油槍層燃燒器的二次風比例,對煤粉的著火、燃燒不利。(10)在滿足機組啟動要求的前提下,盡快提高熱負荷,減少小油槍點火的使用時間,盡早投入第2套制粉系統。(11)磨煤機啟動后及時取樣,檢測煤粉細度和飛灰可燃物,發現煤粉過粗或飛灰可燃物過大時及時停運磨煤機。(12)進行磨煤機暖風器和空氣預熱器熱風切換時,控制好切換速率,防止出現一次風量大幅度波動。(13)啟動時加強各有關參數的檢查,發現異常情況及時調整解決。(14)發現煙道、空氣預熱器或電除塵器有著火跡象時,先停爐,后將設備隔絕,并及時采用蒸汽滅火,然后采用消防水滅火。5預冷爐啟磨后2.5%飛灰可燃物鑒定成功率高的原因雖然微油冷爐點火系統能實現機組冷、熱態啟動的節油,經濟效益顯著,但也存在很大的安全隱患,在機組啟動時需要特別注意。(1)2